CN107216044A - 一种纳米防污涂层液及其制备方法与应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种纳米防污涂层液，其制备原料包括以下成分：正硅酸乙酯、有机改性剂、去离子水、有机溶剂、催化剂。该纳米防污涂层液涂覆在光伏玻璃基板的表面后，可在光伏玻璃基板的表面自组装形成牢固的无色、无味、光滑透明约几十纳米厚度的具有类似荷叶表面的优良防水、防油、防污等特性的纳米防污涂层。该纳米防污涂层把光伏玻璃基板中的绝大部分硅羟基等极性基团与外界隔绝，以一定角度倾斜的光伏发电面板在纳米涂层保护下表面不易积灰，从而降低了对光伏发电面板清洁操作的难度和频次，降低了光伏电站运行维护成本的，提高了光伏发电的收益率。

Description

一种纳米防污涂层液及其制备方法与应用

技术领域

本发明涉及玻璃防污技术领域，更具体而言，涉及一种纳米防污涂层液及其制备方法与应用。

背景技术

据国家最新“十三五”光伏发展规划，将持续壮大太阳能光伏发电市场规模，加快推进中东部地区分布式光伏发电和西部地区光伏电站规模化发展：在中东部地区打造多能互补的光伏发电综合利用基地；在西部地区结合本地消纳和特高压送出通道建设百万千瓦级大型光电基地。“十三五”是我国能源转型的启动期，为光伏产业发展提供了根本性支撑。但光伏产业在此期间仍面临四项挑战：经济性仍是制约光伏发电发展的主要因素；技术进步和产业升级是制约发展的关键问题；适应光伏发电规模化发展的管理体系有待完善；适应光伏发电规模化发展的配套产业服务体系尚未建立。

光伏电站在长达25年的寿命周期中，组件效率、电器元件性能会逐步降低，发电量随之逐年递减，除去这些自然老化的因素之外，还有组件、逆变器质量问题，线路布局、灰尘、串并联损失、线缆损失等多种因素。在影响光伏电站整体发电能力的各种因素中，灰尘是第一大杀手。灰尘对光伏电站的影响主要有：通过遮蔽达到组件的光线，从而影响发电量；影响散热，从而影响转换效率；具备酸碱特性的灰尘沉积在组件表面，长时间侵蚀后板面粗糙不平，有利灰尘进一步积聚，同时增加了阳光漫反射。事实上，小小的灰尘一直是降低太阳能电池板发电量的致命问题。

对于长时间运行的光伏发电系统，面板积尘对其影响不可小觑。面板表面的灰尘具有反射、散射和吸收太阳辐射的作用，可降低太阳的透过率，造成面板接收到的太阳辐射减少，输出功率也随之减小，其作用与灰尘累积厚度成正比。

大中型光伏电站人工清洁难度较大，一般采用机械清洁的方式。高压水枪清洗，水经过加压后形成水汽混合物，将光伏面板表面尘土冲洗干净，清洁效果较好，因此被很多光伏电站广泛采用；缺点是对水电需求较大，清洁过程中会形成大量污水，污染环境；投入成本主要是机器和人员工资。清洗车清洗，用水量较大，对面板几乎没有损伤，效率较高，但需空间宽阔平坦的地区使用，投入成本较高。另外还有机械除尘技术，利用机械化的刷子结合喷水冲洗光伏面板的自动除尘装置等，靠机械力将粉尘扫走。优点是自动化强，节省人力。但有些机器清洁效果较差，成本较高，同时也会污染环境。

为此，有必要设计一种能自清洁的可用于光伏玻璃表面的纳米防污涂层液，以克服上述问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，现有光伏电站高压水枪清洗对水电的消耗大、清洗车清洗需空间宽阔平坦的要求、机器清洁效果差，成本高等问题。

提供一种纳米防污涂层液，该纳米防污涂层液涂覆于光伏玻璃表面后能形成纳米防污涂层，该纳米防污涂层与光伏玻璃表面相比具有更好的耐磨性、耐老化性、疏水性、防污性、防油性及可见光宽光谱高效减反射特性，以一定角度倾斜的光伏玻璃板在该纳米防污涂层的保护下表面不易积灰，降低了清洁操作的难度和频次，对有效清洁光伏玻璃板用水的需求量也大大降低，整体上实现了光伏电站运行维护成本的降低，从而提高了光伏发电的收益率。

本发明解决其问题所采用的技术方案是：

一方面，本发明提供一种纳米防污涂层液，所述纳米防污涂层液的原料包括以下成分：正硅酸乙酯、有机改性剂、去离子水、有机溶剂、催化剂。

在本发明提供的纳米防污涂层液中，所述原料中各成分的含量为：按重量份数计，正硅酸乙酯100份、有机改性剂0～15份、去离子水8～60份、有机溶剂0.5～15份、催化剂0～12份。

在本发明提供的纳米防污涂层液中，所述有机溶剂选自无水乙醇、异丙醇和丙醇中的至少一种。

在本发明提供的纳米防污涂层液中，所述催化剂选自硅氮烷、三甲基氯硅烷、八甲基环四硅氧烷中的至少一种。

在本发明提供的纳米防污涂层液中，所述有机改性剂选自二甲基二乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的至少一种。

相应地，本发明还提供了一种上述纳米防污涂层液的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：

步骤S1：将一定配比的去离子水、有机溶剂和催化剂在容器中混合后，向所述容器中逐滴地加入一定量的正硅酸乙酯；

步骤S2：向所述容器中滴加一定量的有机改性剂，将所述容器中的溶液加热至40℃，并保温搅拌一段时间，得到所述纳米防污涂层液。

在本发明提供的制备方法中，所述步骤S1和步骤S2中所用到的所述去离子水、有机溶剂、催化剂、正硅酸乙酯和有机改性剂的重量份数分别为：8～60份、0.5～15份、0～12份、100份、0～15份。

在本发明提供的制备方法中，所述有机溶剂选自无水乙醇、异丙醇和丙醇中的至少一种；所述催化剂选自硅氮烷、三甲基氯硅烷、八甲基环四硅氧烷中的至少一种；所述有机改性剂选自二甲基二乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的至少一种。

另一方面，本发明还提供了一种防污光伏玻璃的制作方法，所述制作方法包括如下步骤：

步骤S3：将如权利要求1～5中任意一项所述的纳米防污涂层液通过化学气相沉积或者辊涂的方式涂覆到光伏玻璃基板的表面；

步骤S4：自然晾干一段时间，得到所述防污光伏玻璃。

最后，本发明还提供了一种防污光伏玻璃，所述防污光伏玻璃包括光伏玻璃基板和附于所述玻璃基板表面的纳米防污涂层，所述纳米防污涂层由所述如权利要求1～5中任意一项所述的纳米防污涂层液通过化学气相沉积或者辊涂的方式涂覆到所述玻璃基板表面获得，所述纳米防污涂层厚度为20～50nm。

与现有技术相比，实施本发明实施例，具有如下有益效果：本发明提供的纳米防污涂层液的制备原料包括以下成分：正硅酸乙酯、有机改性剂、去离子水、有机溶剂、催化剂。将该纳米防污涂层液通过化学气相沉积法涂覆在光伏玻璃基板的表面，该纳米防污涂层液以化学键与光伏玻璃基板结合，进而在光伏玻璃基板的表面自组装形成牢固的无色、无味、光滑透明约几十纳米厚度的具有类似荷叶表面的优良防水、防油、防污等特性的纳米防污涂层。该纳米防污涂层能在很大程度的提升玻璃的光学性能，最重要的是，纳米防污涂层有效地把光伏玻璃基板中的绝大部分羟基等极性基团与外界隔绝，使得以一定角度倾斜的光伏发电面板在纳米涂层保护下表面不易积灰，从而降低了对光伏发电面板进行清洁操作的难度和频次，大大降低了对光伏发电面板进行清洁所需的用水量，整体上实现了光伏电站运行维护成本的降低，最终提高了光伏发电的收益率。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现详细说明本发明的具体实施方式。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本实施例提供一种纳米防污涂层液及其制备方法，本实施例的纳米防污涂层液采用低表面能的有机硅化合物为原料，具体地，由一定配比的正硅酸乙酯、有机改性剂、去离子水、有机溶剂、催化剂制成。其中，所述有机溶剂为无水乙醇，所述催化剂为硅氮烷，所述有机改性剂为二甲基二乙氧基硅烷。

本实施例中，所述纳米防污涂层液的制备方法如下：

步骤S0：原料称取

具体地，利用电子秤和烧杯等，按质量分数计，分别称取100份正硅酸乙酯、60份去离子水、15份无水乙醇、12份硅氮烷和15份二甲基二乙氧基硅烷。

步骤S1：硅溶胶的制取

具体地，将称取好的60份去离子水、15份无水乙醇和12份硅氮烷加入有磁力搅拌子的平底烧瓶中，然后将称取好的100份正硅酸乙酯逐滴地加入所述平底烧瓶中，所述平底烧瓶中的各个组分在磁力搅拌子的搅拌作用下充分均匀混合，得到硅溶胶。

步骤S2：纳米防污涂层液的制取

具体地，将称取好的15份二甲基二乙氧基硅烷滴入所述平底烧瓶中，并将所述平底烧瓶置于温度保持在40℃的恒温水浴中，当用温度计测得所述平底烧瓶中的溶液达到40℃时，开始计时，利用磁力搅拌子对所述平底烧瓶中的溶液持续搅拌1h，得到所述纳米防污涂层液。

实施例二

本实施例提供一种纳米防污涂层液及其制备方法，本实施例的纳米防污涂层液采用低表面能的有机硅化合物为原料，具体地，由一定配比的正硅酸乙酯、有机改性剂、去离子水、有机溶剂、催化剂制成。其中，所述有机溶剂为异丙醇，所述催化剂为三甲基氯硅烷，所述有机改性剂为十八烷基三乙氧基硅烷。

本实施例中，所述纳米防污涂层液的制备方法如下：

步骤S0：原料称取

具体地，利用电子秤和烧杯等，按质量分数计，分别称取100份正硅酸乙酯、8份去离子水、0.5份异丙醇、1份三甲基氯硅烷和2份十八烷基三乙氧基硅烷。

步骤S1：硅溶胶的制取

具体地，将称取好的8份去离子水、0.5份异丙醇、1份三甲基氯硅烷加入有磁力搅拌子的平底烧瓶中，然后将称取好的100份正硅酸乙酯逐滴地加入所述平底烧瓶中，所述平底烧瓶中的各个组分在磁力搅拌子的搅拌作用下充分均匀混合，得到硅溶胶。

步骤S2：纳米防污涂层液的制取

具体地，将称取好的2份十八烷基三乙氧基硅烷滴入所述平底烧瓶中，并将所述平底烧瓶置于温度保持在40℃的恒温水浴中，当用温度计测得所述平底烧瓶中的溶液达到40℃时，开始计时，利用磁力搅拌子对所述平底烧瓶中的溶液持续搅拌1h，得到所述纳米防污涂层液。

实施例三

本实施例提供一种纳米防污涂层液及其制备方法，本实施例的纳米防污涂层液采用低表面能的有机硅化合物为原料，具体地，由一定配比的正硅酸乙酯、有机改性剂、去离子水、有机溶剂、催化剂制成。其中，所述有机溶剂为丙醇，所述催化剂为八甲基环四硅氧烷，所述有机改性剂为十七氟癸基三乙氧基硅烷。

本实施例中，所述纳米防污涂层液的制备方法如下：

步骤S0：原料称取

具体地，利用电子秤和烧杯等，按质量分数计，分别称取100份正硅酸乙酯、34份去离子水、7.5份丙醇、6份八甲基环四硅氧烷和10份十七氟癸基三乙氧基硅烷。

步骤S1：硅溶胶的制取

具体地，将称取好的34份去离子水、7.5份丙醇、6份八甲基环四硅氧烷加入有磁力搅拌子的平底烧瓶中，然后将称取好的100份正硅酸乙酯逐滴地加入所述平底烧瓶中，所述平底烧瓶中的各个组分在磁力搅拌子的搅拌作用下充分均匀混合，得到硅溶胶。

步骤S2：纳米防污涂层液的制取

具体地，将称取好的10份十七氟癸基三乙氧基硅烷滴入所述平底烧瓶中，并将所述平底烧瓶置于温度保持在40℃的恒温水浴中，当用温度计测得所述平底烧瓶中的溶液达到40℃时，开始计时，利用磁力搅拌子对所述平底烧瓶中的溶液持续搅拌1h，得到所述纳米防污涂层液。

实施例四

本实施例提供一种纳米防污涂层液及其制备方法，本实施例的纳米防污涂层液采用低表面能的有机硅化合物为原料，具体地，由一定配比的正硅酸乙酯、有机改性剂、去离子水、有机溶剂、催化剂制成。其中，所述有机溶剂为无水乙醇，所述催化剂为硅氮烷，所述有机改性剂为二甲基二乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷和十七氟癸基三乙氧基硅烷的混合物。

本实施例中，所述纳米防污涂层液的制备方法如下：

步骤S0：原料称取

具体地，利用电子秤和烧杯等，按质量分数计，分别称取100份正硅酸乙酯、60份去离子水、15份无水乙醇、12份硅氮烷、7.5份二甲基二乙氧基硅烷、1份十八烷基三乙氧基硅烷、5份十七氟癸基三乙氧基硅烷。

步骤S1：硅溶胶的制取

具体地，将称取好的60份去离子水、15份无水乙醇、12份硅氮烷加入有磁力搅拌子的平底烧瓶中，然后将称取好的100份正硅酸乙酯逐滴地加入所述平底烧瓶中，所述平底烧瓶中的各个组分在磁力搅拌子的搅拌作用下充分均匀混合，得到硅溶胶。

步骤S2：纳米防污涂层液的制取

具体地，将称取好的7.5份二甲基二乙氧基硅烷、1份十八烷基三乙氧基硅烷、5份十七氟癸基三乙氧基硅烷混合后滴入所述平底烧瓶中，并将所述平底烧瓶置于温度保持在40℃的恒温水浴中，当用温度计测得所述平底烧瓶中的溶液达到40℃时，开始计时，利用磁力搅拌子对所述平底烧瓶中的溶液持续搅拌1h，得到所述纳米防污涂层液。

本发明实施例一、二、三、四提供的纳米防污涂层液的制备成本低，制备方法的操作工艺简单，采用非常通用的设备，非常简单的工艺流程，所用的原料化学品均为市售，我们可以因地制宜地生产制备出所述纳米防污涂层液，具有良好的技术经济效益。另外，最重要的是，所述纳米防污涂层液可以化学键的形式在玻璃基材表面自组装形成牢固的纳米防污涂层，所述纳米防污涂层液中的低表面能的基团则有序排列于纳米防污涂层的表面，产生类似荷叶表面的优良防水、防油和防污性能。

总而言之，所述纳米防污涂层液的有效寿命长，用途广，且制备方法简单经济实用，应用前景广阔。

实施例五

本实施例提供一种防污光伏玻璃及其制作方法，本实施例中所述防污光伏玻璃的制作方法如下：

步骤S3：纳米防污涂层液的涂布

将实施例一提供的纳米防污涂层液(当然，也可以是实施例二或三或四提供的纳米防污涂层液)通过化学气相沉积的方式(在其他实施例中，也可以采用辊涂的方式)涂覆在光伏玻璃基板的表面，使得所述光伏玻璃基板的表面形成一层一定的厚度的纳米防污涂层。

步骤S4：防污光伏玻璃的形成

自然晾干2h后，即可得到防污光伏玻璃。

需要说明的是，所述纳米防污涂层的厚度可以是100～130nm之间的任意值(包括端点值)。

本实施例中，按照上述方法利用编号分别为1、2、3的高效多晶型光伏玻璃基板和编号分别为4、5、6的高效方晶型光伏玻璃基板制取了六块防污光伏玻璃，并分别对编号分别为1、2、3的高效多晶型光伏玻璃基板、编号分别为4、5、6的高效方晶型光伏玻璃基板和制取的六块防污光伏玻璃做了发电功率测试，测试结果如下表。

由测试结果不难发现，无论是高效多晶型光伏玻璃基板还是高效方晶型光伏玻璃基板，镀膜后的最大发电功率均相应的大于镀膜前的最大发电功率。也就是说，无论在高效多晶型光伏玻璃基板还是在高效方晶型光伏玻璃基板的表面涂布实施例一提供的纳米防污涂层液，都能很大程度的提高其发电效率。

与现有技术相比，本实施例提供的防污光伏玻璃具有以下优点：所述防污光伏玻璃的表面附有纳米防污涂层，所述纳米防污涂层与光伏玻璃表面相比具有更好的耐磨性、耐老化性、疏水性、防污性、防油性及可见光宽光谱高效减反射特性，以一定角度倾斜的所述防污光伏玻璃在所述纳米防污涂层的保护下表面不易积灰，从而降低了清洁操作的难度和频次，清洁所述防污光伏玻璃的用水量也大大降低，整体上实现了光伏电站运行维护成本的降低，同时，所述纳米防污涂层还能在很大程度上有效的提升光伏玻璃的发电效率，最终提高了光伏发电的收益率。

上面对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种纳米防污涂层液，其特征在于，原料包括以下成分：正硅酸乙酯、有机改性剂、去离子水、有机溶剂、催化剂。

2.根据权利要求1所述的纳米防污涂层液，其特征在于，所述原料中各成分的含量为：按重量份数计，正硅酸乙酯100份、有机改性剂0～15份、去离子水8～60份、有机溶剂0.5～15份、催化剂0～12份。

3.根据权利要求1所述的纳米防污涂层液，其特征在于，所述有机溶剂选自无水乙醇、异丙醇和丙醇中的至少一种。

4.根据权利要求1所述的纳米防污涂层液，其特征在于，所述催化剂选自硅氮烷、三甲基氯硅烷、八甲基环四硅氧烷中的至少一种。

5.根据权利要求1所述的纳米防污涂层液，其特征在于，所述有机改性剂选自二甲基二乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的至少一种。

6.一种如权利要求1所述纳米防污涂层液的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1：将一定配比的去离子水、有机溶剂和催化剂在容器中混合后，向所述容器中逐滴地加入一定量的正硅酸乙酯；

步骤S2：向所述容器中滴加一定量的有机改性剂，将所述容器中的溶液加热至40℃，并保温搅拌一段时间，得到所述纳米防污涂层液。

7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤S1和步骤S2中所用到的所述去离子水、有机溶剂、催化剂、正硅酸乙酯和有机改性剂的重量份数分别为：8～60份、0.5～15份、0～12份、100份、0～15份。

8.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，

所述有机溶剂选自无水乙醇、异丙醇和丙醇中的至少一种；

所述催化剂选自硅氮烷、三甲基氯硅烷、八甲基环四硅氧烷中的至少一种；

所述有机改性剂选自二甲基二乙氧基硅烷、十八烷基三乙氧基硅烷、十七氟癸基三乙氧基硅烷中的至少一种。

9.一种防污光伏玻璃的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括如下步骤：

步骤S3：将如权利要求1～5中任意一项所述的纳米防污涂层液通过化学气相沉积或者辊涂的方式涂覆到光伏玻璃基板的表面；

步骤S4：自然晾干一段时间，得到所述防污光伏玻璃。

10.一种防污光伏玻璃，其特征在于，包括光伏玻璃基板和附于所述玻璃基板表面的纳米防污涂层，所述纳米防污涂层由所述如权利要求1～5中任意一项所述的纳米防污涂层液通过化学气相沉积或者辊涂的方式涂覆到所述玻璃基板表面获得，所述纳米防污涂层厚度为90～150nm。